专利名称：溅射离子泵的制作方法
技术领域：
本发明涉及超高真空用溅射离子泵。
以往众所周知的溅射离子泵，如
图1所示，被构成为在两片阴极板C、C之间配置把多个中空圆筒状体并排放置两形成的被称之为多单元阳极(multicellanode)的阳极A，利用彭宁(Penning)放电对阴极板进行溅射生成活性面，再在该活性面上吸附或埋入气体分子，或者使之捕获于阳极面上进行排气。
作为构成多单无阳极的阳极构造，除去图中所示的中空圆筒状体之外，人们还知道有多角形中空体，或如图2所示，把多片的板状构件上下重叠起来，并在各片板状构件上分别设以同心状的多个孔，并使各板状构件保持同一电位这样地构成的构造等等。
现在的溅射离子泵是1970年代研究开发并完成了的装置，当时的泵的排气领域约为10-3Pa-10-9Pa，在进行高真空排气的时候，把溅射离子泵与回转泵或吸收泵组合起来使用。
之后，到1990年代，涡轮分子泵开始普及，粗抽用涡轮分子泵抽到10-5Pa，之后再用溅射离子泵进行排气的方法变成了主流。而作为溅射离子泵，一直要求降低临界压，即要求一直可排气到10-10Pa以及在10-7-10-9Pa领域内排气速度变为最大。
作为降低临界压的方法，以前人们知道有增大磁场强度(B)和阳极的中空圆筒的直径(D)之积(B)×(D)以提高阴极发射电子的电离冲撞频度的方法(例如，参看“真空”杂志第13卷第7号230页)。
另一方面，J Vac.Sci.Technol.，Vol.11，No.6上边表明，溅射离子泵的排气速度与阳极的长度(L)和阳极的中空圆筒的直径(D)成比例。一般说，若假定磁铁的性能是恒定的，则倘磁铁之间的距离减小，则磁场的强度就可以增大，但是，为此就要缩短阳极的长度(L)。结果变成为使泵的排气速度降低。另一方面，若增大阳极的中空圆筒的直径(D)，则在受限制的磁场范围之内减少阳极的中空圆筒的所能存在的个数，在这种情况下，结果也是降低了泵的排气速度。从这些情况可知，用现有的方法的话，要想降低临界压力就必须牺牲排气速度。
此外，在J.Vac.Sci.Technol.Vol.11，No.6上所登出的论文中，虽然声称说排气速度与阳极的有效长度(1+0.5δ)成比例，但根据本发明人等的实验结果可知，上述经验公式在低压力的范围不成立。特别已弄清楚是在压力低于10-5Pa时排气速度不与阳极的有效长度(1+0.5δ)成比例。
这样在图1所示的现有的溅射离子泵中，当想要降低临界压而增大阳极的中空圆筒的直径(D)时，在受限的磁场范围之内阳极的中空圆筒的存在数目就会减少，从而降低泵的排气速度，另一方面，在磁场空间恒定的情况下加大阳极的长度(L)本身也是行不通的，所以存在看着想降低临界压力就必须牺牲排气速度的问题。
此外，在示于图1的那种现有的溅射离子泵中，一个阳极单元(放电区)的排气速度S1，若设单元的半径为ra，则可以用下式计算和进行设计。
S1∝Lra2因此，由n个放电区构成的溅射离子泵的排气速度Sn为Sn＝nS1。但是，实际上由于阳极与两个阴极之间的间隙的电导的影响，排气速度Sn变得比nS1降低了。
因此，为了提高溅射离子泵的排气速度，就必须加大阳极的长度(L)和各个阴极与阳极之间的间隙(G1)、(G2)这两者。但是，当增大(L)+(G1)+(G2)时，如上所述，磁场的强度将会减弱。为此，在现有的溅射离子泵中，在把(L)+(G1)+(G2)定为恒定的条件下设计为使得阳极的长度(L)尽可能大。就是说，现有的溅射离子泵全部定为使之满足(L)＞(G1)+(G2)的条件。
于是，本发明的主要目的是解决现有技术所存在的问题并提供一种可以降低临界压力同时又可得到高的排气速度的溅射离子泵。
本发明的另一目的是提供一种在把阴极间的距离定为恒定的条件下可以得到其排气速度比用现有的溅射离子泵所能够达到的水平高的溅射离子泵。
倘采用本发明的第1方面，则在两个阴极之间已配置了构成多单元阳极的阳极的溅射离子泵中，在设阳极的长度为L，阳极的直径为D时，各个阴极和阳极被构成为满足下式0.015≤L/D≤0.8借助于增大阳极的直径D和缩短阳极的长度L使之满足0.015≤L/D≤0.8，就可以降低临界压，且可以增大排气速度。就是说如附图8和图9所示，确认阳极长度L短的一方其排气速度变大。另外，从在压力大于10-5Pa时，阳极的长度L短的一方，虽然排气速度稍稍降低，但在10-5Pa以上的压力下作为实际问题溅射离子泵几乎不使用，而使用涡轮分子泵这一事实来看，本发明的溅射离子泵变成为在压力低的范围内具有排气速度大的特性。
还有，设置的阳极数N和阴极数n被设定为n＝N+1，即阴极多一个。
此外，在本发明中，所设阴极中的至少一个阴极被构成为使得其正反两面都进行溅射。
由于阳极的长度L变短，故若令磁场空间为恒定。则可以增加将设于该磁场的空间中的阴极的个数。而且可以成倍地增加(在阴极的两面被溅射的情况下)排气速度。
此外，采用作成为二层或二层以上的构造的办法。由于可把价格高昂的Ti材料的阴极的个数减少一个，结果是可使泵自身的造价降低。
倘采用本发明的另一方面，则在两个阴极之间已配置了构成多单元阳极的阳极的溅射离子泵中。在把阳极的长度定为L，把一方的阴极与阳极之间的间隔定为G1，另一方的阴极与阳极之间的间隔定为G2的时候，其特征是把各阴极和阳极构成为使之满足0.01＜L/(G1+G2)＜1。
图1的概略斜视图示出了现有的二极型溅射离子泵的一侧。
图2的概略斜视图示出了现有的二极型溅射离子泵中的另一种阳极构造。
图3的概略图示出了本发明的溅射离子泵的概念。
图4的概略斜视图(A)-(D)示出了可在本发明的溅射离子泵中使用的阳极构造的种种例子。
图5的概略斜视图示出了可在本发明的溅射离子泵中使用的阳极构造的另一例子。
图6的概略图示出了本发明的溅射离子泵的一个实施例。
图7的概略图示出了本发明的溅射离子泵的另一个实施例。
图8的曲线图示出了本发明的溅射离子泵排气速度的实验例。
图9的曲线图示出了本发明的溅射离子泵的排气速度的实验例。
图10的概略图示出了本发明的溅射离子泵的另一个概念。
图11的曲线图示出了图10的溅射离子泵的排气速度的实验例。
以下参看图3-图11对本发明的若干实施例进行说明。
在图3中，概略性地示出了表明本发明的概念的溅射离子泵的关键部分，由两片阴极板1和被配置于这些阴极板1之间的阳极2构成。阳极2被构成为把多个筒状体2a并排配置起来而形成的多单元阳极。如图中所示，在设阳极2的长度为L，阳极2的直径为D时，两个阴极板1和阳极2被相互定位且决定尺寸为使之满足下述关系。
0.015≤L/D≤0.8构成阳极2的多个筒状体2a中的每一个可以适当地作成为示于图4(A)图形筒体，示于(B)和(C)的多角形筒体，示于图(D)的在纵向上有切口的圆形筒体等等。
阳极2也可如图5所示，代之以将网状体多片重叠起来构成。
还可以像图2的现有例那样，把多片已开有多数个孔的板状构件上下重叠起来构成阳极，在这种情况下，要使上下各板状构件的各对应孔位于同一轴线上。
在图6中，示出了构成为二层型构造的本发明的实施例，它把将多个筒状体2a并排配置已构成为多单元阳极的阳极2作为二层，再在各层的上下边配置上阴极板1。在这种情况下，已被配置于两个阳极2之间的阴极板1在动作中其两面经受溅射处理。另外，在这种情况下，由于中间的阴极板1对于两个阳极板是共用的，故作为整体来使用的阴极板1的片数可以减少一个，由于阴极板本身由价格昂贵的材料构成，故在降低造价方面也是有利的。
在图7中，示出了另一实施例，它也和图6一样构成为二层型。在这种情况下，各个阳极2把已开有多数个孔2b的三片板状构件上下重叠起来构成，并排列为使上下各板状构件的各个对应的孔位于同一轴线上。
在这样构成的本发明的溅射离子泵中，采用使像上述那样满足0.015≤L/D≤0.8这种关系而构成各个阴极与阳极的办法，由于阳极2的直径D变大、阳极的长度L变短，故变得可以降低临界压力的同时增大排气速度。
另一方面，当阳极长度L变短时，被磁场和电场所束缚的电子不仅在阳极2中而且在各个阴极1与阳极2之间的间隙中扩展，而且由于这些间隙的电压比阳极2低，故电场的束缚能力弱，且磁场比较强，故在这些间隙中电子云扩展，电子云的体积变大。就是说，电子云从阳极2的两个端面溢了出来。其结果是提高了离子化效率。由这样地在间隙中长大的电子云离子化的气体分子在磁场的作用下倾斜地而不是垂直地入射到各阴极1上，因此对阴极的溅射效率变高，其结果排气速度变大。
图8和图9中示了实验结果的一个例子，示出了排气速度随着阳极的长度与阳极的直径之间的关系如何变化的情况，纵轴是把使L/D的值变化时的排气速度S用L＝D时的排气速度S0除的结果。通过适当地设定构成阳极2的各个筒体2a或孔的直径及内部压力，可使S/S0的峰值在L/D＝0.015-0.8的范围内移动。
图10概略性地示出了表明本发明的另一种概念的溅射离子泵的关键部分。由两个阴极板1和已配置于它们之间的阳极2构成。阳极2被构成为把多个筒状体2a并排配置以形成多单元阳极。
如图所示，在令阳极2的长度为L，一方的阴极1与阳极2之间的间隔为G1，另一方的阴极1与阳极2之间的间隔为G2时，使两阴极1之间的距离保持恒定并满足0.01＜L/(G1+G2)＜1的关系，由此决定两个阴极板1和阳极2的相互位置和尺寸。其中，G1，G2分别令其为正确说来意味着阳极的一个端面与阴极之间的间隔的平均值。
构成的阳极2的多个筒状体2a的每一个，可以适当地作成为示于图4的(A)的圆形筒体，示于(B)和(C)的多角筒体，示于(D)的纵向切开切口的圆形筒体和把这些筒体上下重叠二段以上的筒状体。
阳极2也可以代之以把多片网状体重叠起来构成。
此外，还可象现有例(图2)那样，把多片已开有多数个孔的板状构件上下重叠构成阳极。在这种情况下，要使上下各板状构件的各个相应的孔位于同一轴线上。
在这样地构成后的本发明的溅射离子泵中，借助于使之满足上述关系0.01＜L/(G1+G2)＜1，使得各阴极1与阳极2之间的间隔G1，G2比现有的溅射离子泵的情况下变大，使它们的间隙的电导的影响减小，因而有效排气速度变大。
图11中示出实验结果的一个例子，示出的是排气速度如何依阳极的长度和阴极-阳极间的间隔之间的关系而变化的情况，纵轴是把使L/(G1+G2)的值变化了时的排气速度S被L＝(G1+G2)时的排气速度S0除的比值。通过适当地设定构成阳极2的各筒体2a的直径及内部的压力，可以在L/(G1+G2)的0.01-1之间移动S/S0的峰值。
然而，虽然在图示例中一直是对实施了二极型的溅射离子泵进行的说明，然而当然即便是在该例中也可以应用其他的形式，例如三极型的。
此外，在本发明中，由于用低的压力进行排气，故理想的是作成为强磁场和孔的半径大的阳极构造。
如以上所说明过的那样，倘采用本发明的第1方面，则在两个阴极之间配置了构成多单元阳极的阳极的溅射离子泵中，在设阳极的长度为L、阳极的直径为D的时候，把各个阴极与阳极构成为使之满足0.015≤L/D≤0.8，故变成为可以降低临界压、且可加大排气速度，使得与现有的溅射离子泵相比可以提高到大约2倍。
此外，在作成为二层或二层以上的构造的情况下，由于可以把由高价材料构成的阴极的个数减少一个，故变得可以降低泵本身的造价。
再有，倘采用本发明的第2方面，在两个阴极之间已配置了构成多单元阳极的阳极的溅射离子泵中，在设阳极的长度为L，一方的阴极与阳之间的距离为G1，另一方的阴极与阳极之间的距离为G2，并把各个阴极和阳极构成为使之满足0.01＜L/(G1+G2)＜1，所以可以加大有效排气速度，与现有的溅射离子泵相比使得可以提高到大约2倍。
权利要求
1.一种溅射离子泵，其特征是在两个阴极之间已配置了构成多单元阳极的阳极的溅射离子泵中，当设阳极的长度为L、阳极的直径为D时，把各阴极与阳构构成为使之满足0.015≤L/D≤0.8。
2.权利要求1所述的溅射离子泵，其中，阳极的个数N与阴极的个数n被设定为满足n＝N+1。
3.权利要求1所述的溅射离子泵，其中，两个阴极的至少一个背面与表面的两面被构成为被施行溅射。
4.一种溅射离子泵，其特征为在两个阴极之间已配置了构成多单元阳极的阳极的溅射离子泵中，在设阳极的长度为L、一方的阴极与阳极之间的距离为G1，另一方的阴极与阳极之间的距离为G2时，把各阴极与阳构构成为使之满足0.01＜L/(G1+G2)＜1。
5.权利要求4所述的溅射离子泵，其中，阳极的个数N与阴极的个数n被设定为使之满足n＝N+1。
6.权利要求4所述的溅射离子泵，其中，阴极的至少一个背面与表面的两面被构成为被施行溅射。
全文摘要
在两个阴极之间已配置了构成多单元阳极的阳极的溅射离子泵中，把阳极的长度L和直径D之比特定于某一范围之内以提高排气速度。解决方法的特征是本发明的超高真空用的溅射离子泵，在设阳极的长度为L、阳极的直径为D时，把各阴极与阳极构成为使之满足0.015≤L/D≤0.8。另外，各阴极与阳极，在设一方的阴极与阳极的间隔为G
文档编号H01J41/20GK1159488SQ96123178
公开日1997年9月17日 申请日期1996年12月26日 优先权日1995年12月26日
发明者沈国华, 高木望, 寺泽寿浩, 小谷刚, 金原浩之, 中克次, 三保裕之 申请人:日本真空技术株式会社